Коррозия магистральных трубопроводов

При всех способах прокладки, кроме надземной, трубопроводы подлежат комплексной защите от коррозии защитными покрытиями и средствами электрохимической защиты, независимо от коррозионной агрессивности грунта. Защита трубопроводов от коррозии должна обеспечивать их безаварийную работу на весь период эксплуатации.

При эксплуатации магистральных трубопроводов и резервуаров встречаются такие поражения, которые по-своему влияют на надежность и долговечность трубопроводов. Исследования, проведенные научными лабораториями, состояния магистральных трубопроводов, показали, что интенсивность коррозии внешней поверхности трубопроводов зависит как от физического состояния и химического состава почвы и грунта, так и от климатических условий, которые влияют на температуру, влажность, химические и микробиологические процессы.

Так как трубопроводы в основном являются заглубленными системами, соответственно основной средой, которая их окружает, являются почвы и грунты.

К почвам относят самостоятельное естественно - историческое органоминеральное природное тело, возникшее на поверхности земли в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, состоящее из твердых минеральных и органических частиц, воды и воздуха и имеющее специфические генетико-морфологические признаки, свойства, создающие для роста и развития растений соответствующие условия.

Грунт это любые горные породы, почвы, осадки и техногенные образования, рассматриваемые как многокомпонентные динамичные системы и как часть геологической среды, и изучаемые в связи с инженерно -хозяйственной деятельностью человека.

Поскольку почвы и грунты в своем составе содержат влагу - почвенный или грунтовый электролит, поэтому коррозия магистральных трубопроводов по своему механизму относится к электрохимическому виду коррозии.

Электрохимическая коррозия это взаимодействие металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительной компоненты коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала. При электрохимической коррозии в системе обязательно присутствует влага, находящаяся в почве или грунте.

Подземная электрохимическая коррозия это разрушение металла вследствие его взаимодействия с коррозионной средой - раствором почвенного электролита. Скорость коррозии металла в почве и грунте зависит от их свойств, а именно от структуры, пористости, влажности, а также минерализации грунтовых вод, воздухопроницаемости, удельного электрического сопротивления и температуры среды.

Электрохимическая коррозия сопровождается протеканием электрического тока. Для подземных сооружений, проложенных непосредственно в почве или грунте, характерны следующие виды электрохимической коррозии:

• -    подземная коррозия, вызываемая электрохимическими парами, возникающими на металле в местах соприкосновения его с коррозионной средой, играющей роль электролита. Коррозионные пары возникают при неоднородности металла сооружения, неоднородности структуры почвы или грунта, состава электролита, температуры, влажности и воздухопроницаемости почвы вдоль трассы трубопроводов.

Аварии по причине почвенной или грунтовой коррозии могут наблюдаться лишь на поздних этапах эксплуатации трубопроводов и соответственно, чем дольше идет его эксплуатация, тем вероятнее и опаснее возникновение этого вида коррозии. Определение удельного сопротивления грунта проводится в трассовых или лабораторных условиях в соответствии с ГОСТ 9.602-2005, измеряя силу тока между соседними электродами, находящимися в грунте. Удельное электрическое сопротивление грунта является комплексной характеристикой и зависит от множества факторов: влажности, содержания в грунте солей, температуры, структуры, гранулометрического состава грунта.

• -    подземная биокоррозия вызывается жизнедеятельностью микроорганизмов, воздействующих на металл трубопровода. Биокоррозия, как правило, заканчивается по типу электрохимической коррозии.

• -    подземная электрокоррозия это коррозия металлического подземного сооружения, в частности магистральных трубопроводов, вызванная проникновением на них токов утечки с рельсов электрифицированного транспорта или других промышленных электроустановок, как правило, имеющие две разновидности: коррозию блуждающим током и коррозию внешним током.

Коррозия блуждающим током это электрохимическая коррозия металла под воздействием блуждающего тока. Коррозия внешним током происходит при протекании через металл и электролит электрического тока от постороннего источника.

Основными источниками блуждающих токов в земле являются пути электрифицированного рельсового транспорта, работающего на переменном токе промышленной частоты - рельсы железных дорог, трамваев и т.д., линии электропередачи по системе «провод-земля». Протекающие в земле блуждающие токи, встречая на своем пути металлические сооружения, текут по ним на некотором протяжении, создавая анодные и катодные зоны.

Структура и пористость почв и грунтов определяют их влагоемкость и водопроницаемость. Естественная влажность грунта (natural water content): это отношение массы воды в объеме грунта к массе этого грунта, высушенного до постоянной массы. Влажность почвы это степень заполнения ее водой, равная отношению количества воды, находящейся в единице объема, к массе сухого твердого вещества. С увеличением влажности удельное электрическое сопротивление почвы снижается, что стимулирует протекание коррозионных процессов на поверхности трубопроводов. Под структурой грунта понимают пространственную организацию составляющих грунта, определяемую размером, формой, характером поверхности, количественным соотношением структурных элементов грунта и характером связи между ними. В зависимости от характера структурных связей все грунты подразделяют:

• -    скальные грунты – с жесткими структурными связями;

• -    дисперсные грунты – с механическими связями;

• -    грунты с водно-коллоидными связями;

• -    мерзлые грунты – с криогенными структурными связями.

Поскольку большее количество трубопроводов проложено в дисперсных грунтах – их коррозионная активность наиболее высока. Дисперсный грунт – это грунт, состоящий из совокупности твердых частиц, зерен, обломков и др. элементов, между которыми есть физические, физикохимические или механические структурные связи.

Коррозионная активность грунтов зависит от многих факторов, каждый из которых влияет на способность грунта удерживать влагу и кислород. Без влаги при температуре эксплуатации трубопроводов коррозия протекать не будет. Существенное влияние на коррозионные процессы трубопроводов оказывает такие свойства грунта как ее плотность и пористость. Для минеральных грунтов плотность колеблется в пределах 0,9 – 1,8 г/см3, для органических - 0,15- 0,4 г/см3,

Под пористостью грунта понимают суммарный объем всех пор и пустот, выраженный в процентах. Для минеральных грунтов пористость составляет от 25 до 85%, а органических 80-90%, соответственно, что при прочих равных условиях органические грунты более пористы и менее плотные, этим объясняется их высокая коррозионная активность. Также необходимо отметить, что после укладки трубопровода, плотность и пористость будут меняться, плотность уменьшаться, а пористость увеличиваться по сравнению с ненарушенным грунтом, что несомненно, увеличивает возможность проникания агрессивных компонентов грунта к трубопроводам. Существенное влияние на коррозию трубопроводов оказывает и гранулометрический состав грунтов. Гранулометрический состав это процентное содержание первичных частиц различной крупности по фракциям, выраженное по отношению их массы к общей массе грунта. В почвах и грунтах присутствуют частицы размером от 0,005 мм до нескольких сантиметров. Диапазон размеров частиц делят на группы, которые называются фракции. Соответственно чем мельче частицы грунта, тем большую удельную поверхность они имеют, и тем в большей степени они способны удерживать влагу. А поскольку частицы размером 0,005мм относятся к глинистым, то при прочих равных условиях они очень хорошо удерживают влагу и в коррозионном отношении эти почвы и грунты неравноценны. Особенно опасной считается ситуация при которой оголенный участок металлической поверхности соседствует с двумя разнородными почвами, что может привести к образованию гальванических пар дифференциальной аэрации, и как следствие интенсификацией коррозионного процесса на поверхности трубопровода.

Проекты противокоррозионной защиты для трубопроводов длиной более 100 км должны проходить экспертизу в специализированных организациях на соответствие требованиям государственной стандартизации.

Каждый вновь построенный трубопровод должен иметь сертификат соответствия качества противокоррозионной защиты государственным стандартам и другой нормативной документации. Для эксплуатируемых трубопроводов сертификат соответствия может быть выдан только после комплексного обследования.